1、武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 第I 頁(yè)摘 要同步電機(jī)由于具有功率因數(shù)高、運(yùn)行效率高的優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。尤其是近年來(lái)水利、冶金、化工等行業(yè)的迅速發(fā)展，使得同步電機(jī)的市場(chǎng)需求很大。勵(lì)磁系統(tǒng)是同步電機(jī)正常工作的核心部件。工業(yè)的發(fā)展要求同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)有更好的性能，要求勵(lì)磁系統(tǒng)具有限制、報(bào)警、監(jiān)控、保護(hù)等功能。勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展方向是數(shù)字化、智能化。其主要體現(xiàn)在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和功率單元的數(shù)字化上?；趪?guó)內(nèi)同步電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)展現(xiàn)狀，本文介紹了一種無(wú)刷同步機(jī)智能全數(shù)字勵(lì)磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在無(wú)刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的智能控制中，將模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法引入同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)控制系統(tǒng)，從而構(gòu)成了模糊神經(jīng)控制

2、器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)階段的控制。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后，由PID 調(diào)節(jié)器起作用，實(shí)現(xiàn)無(wú)差控制，輸出西門子6RA70整流器電流的給定值，以控制勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，充分利用了二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特點(diǎn)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和魯棒性。傳統(tǒng)PID 的控制，保證了穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)的無(wú)差控制。將模糊神經(jīng)控制器與傳統(tǒng)的PID 調(diào)節(jié)器結(jié)合起來(lái)調(diào)節(jié)功率因數(shù)，使系統(tǒng)具有更好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。關(guān)鍵詞：同步電機(jī)；無(wú)刷勵(lì)磁；PID ；模糊控制；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；S7-300PLC第II 頁(yè) 武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文AbstractBecause of its advantages by high powe

3、r factor and efficiency, synchronous motor to be widely used in industrial areas. Particularly, water conservancy, metallurgy, chemical industry is developing rapidly in recent years , the market demand of synchronous motor is great. The excitation system of Synchronous motor is the core components

4、for its normal work. The development of Industra demand the excitation system a better performance ,and demand it has restrictions, alarm, protection, and other functions. This is reflected in the development of digital, intelligent, and it main reflected in the digital excitation regulator and powe

5、r units.Based on the situation of excitation of synchronous motor in our country, this paper for a brushless synchronous digital excitation system-wide intelligent design. Algoirthms of fuzzy control and neural network have been introduced to the power factor control system of the synchromotor, so a

6、s to form the fuzzy-neural controller to force control during its starting stage in the intelligent control of the brushless excitation system of the synchromotor. When the speed reaches its rated value of the motor, the PID controller will activate to force zero error control to bring the given cur

7、rent value to SIEMENS 6RA70 rectifier,which will control the excitation curent of the generator. The combination of fuzzy control and neural network takes full advantage of the specialty which offsets each other to improve the dynamic and robust performance of the system further.The traditional PID

8、control assures no error control in stable.Key words:Synchronous motor;Brushless excitation;PID;Fuzzy control;Neural network; S7-300PLC武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 第III 頁(yè)目 錄摘 要 . . I Abstract . II第一章 緒論 . . 11.1 引言 . . 11.2 無(wú)刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的工作原理及其發(fā)展情況 . . 11.3 本課題研究的主要目的、需要解決的主要問(wèn)題以及主要研究?jī)?nèi)容 . . 3第二章 同步電動(dòng)機(jī)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的概述與分析 . . 5

9、2.1 同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) . . 52.2 同步電動(dòng)機(jī)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的概述與分析 . . 62.3 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn) . . 82.4 同步電動(dòng)機(jī)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的分析 . . 8. . 8觸發(fā)的無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng) . . 9器觸發(fā)的無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng) . . 112.5 本章小節(jié) . . 14第三章 PID 控制概述 . 153.1 模擬PID . 153.2 數(shù)字PID . 17第四章 模糊控制理論 . . 20第IV 頁(yè) 武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文4.1 模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及控制原理 . . 204.2 基本模糊控制器的設(shè)計(jì) . . 234.3 模糊控制的優(yōu)缺點(diǎn)及解決措施 . . 2

10、7第五章 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論 . . 285.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) . . 285.2 神經(jīng)元模型 . . 295.3 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方法 . . 315.4 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn) . . 325.5 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及在控制領(lǐng)域的應(yīng)用 . . 335.6 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) . . 345.7 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) . 365.8 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型辨識(shí) . . 385.9 本章小節(jié) . . 39第六章 同步電動(dòng)機(jī)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . . 406.1 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . . 406.2 系統(tǒng)硬件電氣原理圖 . . 456.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖 . . 476.4 勵(lì)磁系統(tǒng)的PLC 程序設(shè)計(jì) . 47武漢科技大學(xué)

11、 碩士學(xué)位論文 第V 頁(yè)6.5 S7300PLC 與6RA70的PROFIBUS-DP 通信 . 506.6 同步電動(dòng)機(jī)的電氣保護(hù) . . 50結(jié)束語(yǔ) . . 52參考文獻(xiàn) . . 53致謝 . . 55武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 第1頁(yè)第一章 緒論1.1 引言自從直流電機(jī)出現(xiàn)后，電機(jī)不斷朝大容量方向發(fā)展，由于直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)限制（換向器）, 交流電機(jī)得到較大的發(fā)展。隨著交流變頻技術(shù)和矢量控制技術(shù)的研究與應(yīng)用，交流電機(jī)在運(yùn)行特性上已可與直流電機(jī)相比。但由于大量異步電機(jī)的使用，使得交流電網(wǎng)的功率因數(shù)普遍偏低。為改善這一狀況，同步電機(jī)逐漸開(kāi)始得到發(fā)展。同步電動(dòng)機(jī)采用可控硅勵(lì)磁，雖然在我國(guó)已取得了普遍

12、應(yīng)用，并有了成套、定型的產(chǎn)品，但絕大多數(shù)是有刷勵(lì)磁。在化工行業(yè)具有可燃性氣體，為防止產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)，就不能有火花存在，火花是可燃性氣體爆炸的主要因素之一，而滑環(huán)又是產(chǎn)生火花的主要原因。對(duì)有刷同步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，電刷與滑環(huán)需要經(jīng)常維護(hù)，檢修。在潮濕，粉塵及有腐蝕性氣體的環(huán)境中工作容易發(fā)生故障，而在化工等要求防爆的場(chǎng)所，采取的防爆措施是將電動(dòng)機(jī)滑環(huán)密封，在密封罩內(nèi)通以正壓空氣，密封罩制作較為困難，為保持正壓，風(fēng)機(jī)就不能停轉(zhuǎn)，從而要求可靠的電源，此外還要求有風(fēng)壓的檢測(cè)報(bào)警手段。而無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)取消了集電裝置，即沒(méi)有集電環(huán)和電刷的同步電動(dòng)機(jī)，解決了有刷同步電動(dòng)機(jī)存在的滑環(huán)打火問(wèn)題，省卻了復(fù)雜的防護(hù)，無(wú)刷同

13、步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式是把電接觸變?yōu)榇诺満系膭?lì)磁方式。主電機(jī)、交流勵(lì)磁機(jī)裝在同一軸上一起旋轉(zhuǎn)，不會(huì)因電網(wǎng)電壓波動(dòng)而影響主電機(jī)的勵(lì)磁，從而保證了主電機(jī)的可靠運(yùn)行，交流勵(lì)磁機(jī)與硅勵(lì)磁裝置同時(shí)安裝在傳動(dòng)機(jī)軸上，總占地面積可以減少。由于以上原因，在化工、機(jī)械冶金、水利等領(lǐng)域，無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。1.2 無(wú)刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的工作原理及其發(fā)展情況起動(dòng)是同步電動(dòng)機(jī)的特殊問(wèn)題。同步電動(dòng)機(jī)一般采用異步起動(dòng)，起動(dòng)過(guò)程中其轉(zhuǎn)子阻尼籠中感應(yīng)電流，產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。到達(dá)亞同步速(一般為同步速的95%左右 后，給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組加上直流勵(lì)磁(稱為投勵(lì) ，電機(jī)即牽入同步運(yùn)行45。同步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中其勵(lì)磁繞組通常串聯(lián)一定

14、數(shù)值的電阻(一般是5至10倍勵(lì)磁繞組電阻 短接，以限制勵(lì)磁繞組的感應(yīng)過(guò)電壓和單軸轉(zhuǎn)矩。投勵(lì)后，勵(lì)磁繞組串聯(lián)的起動(dòng)電阻即被切除。投勵(lì)裝置的作用就是在起動(dòng)過(guò)程中將勵(lì)磁繞組通過(guò)電阻短接，在投勵(lì)后將電阻切除。對(duì)同步電動(dòng)機(jī)無(wú)刷勵(lì)磁有下述基本技術(shù)要求6：（1）同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組絕緣不能承受開(kāi)路時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓，轉(zhuǎn)子回路應(yīng)設(shè)置過(guò)電壓消除電路。（滅磁）（2）同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，過(guò)早投勵(lì)將產(chǎn)生較大的交變力矩而引起振蕩，乃至不能進(jìn)入同步運(yùn)轉(zhuǎn)。必須在亞同步轉(zhuǎn)速(0. 95n 0 投入勵(lì)磁，電動(dòng)機(jī)方能進(jìn)入同步。（3）電動(dòng)機(jī)進(jìn)入同步后，轉(zhuǎn)子回路接入的滅磁電阻應(yīng)斷開(kāi)。第2頁(yè) 武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文（4）能調(diào)節(jié)

15、勵(lì)磁電壓的大小，以改變同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功輸出改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。（5）無(wú)刷勵(lì)磁的各種元件裝于旋轉(zhuǎn)的整流環(huán)內(nèi)，因此元件能承受高速運(yùn)轉(zhuǎn)。（6）無(wú)刷勵(lì)磁設(shè)備與同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)成一個(gè)整體，在結(jié)構(gòu)上引出一系列問(wèn)題，如動(dòng)平衡、應(yīng)力、扭矩等要進(jìn)一步分析考慮。自上世紀(jì)六十年代以來(lái)，由于半導(dǎo)體工業(yè)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了一種無(wú)刷勵(lì)磁新技術(shù)。因?yàn)闊o(wú)刷電機(jī)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，用途相當(dāng)廣泛。不少國(guó)家都就無(wú)刷勵(lì)磁進(jìn)行了廣泛的研究，設(shè)計(jì)出50MW 甚至1200MW 的大型無(wú)刷汽輪發(fā)電機(jī)。早在上世紀(jì)七十年代，文獻(xiàn)對(duì)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)作了深入的研究。如文獻(xiàn)威廉森(Williamson設(shè)計(jì)了低消耗率高效率的兩極無(wú)刷勵(lì)磁渦輪式發(fā)電機(jī)。據(jù)資料，英國(guó)

16、GEC 公司1979年生產(chǎn)的22臺(tái)350MW 汽輪發(fā)電機(jī)中有20臺(tái)采用無(wú)刷勵(lì)磁。在其它發(fā)達(dá)國(guó)家，無(wú)刷勵(lì)磁技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。如美國(guó)的西屋公司在容量包括50MW 到735MW 的汽輪發(fā)電機(jī)上就采用了無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)7。目前，國(guó)內(nèi)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的研究和應(yīng)用也在向前發(fā)展。廣東大亞彎核電900MW 汽輪發(fā)電機(jī)組和四川江油發(fā)電廠330MW 汽輪發(fā)電機(jī)均己采用無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)。在這方面，北京重型電機(jī)廠更是走在了國(guó)內(nèi)同行業(yè)的最前列。北京重型電機(jī)廠曾經(jīng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)100MW 發(fā)電機(jī)及以下容量發(fā)電機(jī)的無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)。而該廠于1999年研制成功的200MW 汽輪發(fā)電機(jī)的無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)在國(guó)內(nèi)則屬首創(chuàng)。該機(jī)試制成功，標(biāo)志著北京重型電

17、機(jī)廠設(shè)計(jì)制造水平又上了一個(gè)新臺(tái)階。國(guó)內(nèi)勵(lì)磁裝置發(fā)展主要經(jīng)歷了4個(gè)過(guò)程，見(jiàn)表1.18。表1.1 國(guó)內(nèi)勵(lì)磁裝置發(fā)展過(guò)程 從國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠家在我國(guó)現(xiàn)運(yùn)行的各種勵(lì)磁裝置來(lái)看，技術(shù)特點(diǎn)還是基本相同的，主要有以下幾點(diǎn)：（1）隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子器件的進(jìn)步，數(shù)字化技術(shù)不同程度地應(yīng)用于各類勵(lì)磁裝置中。數(shù)字化勵(lì)磁裝置已經(jīng)成為各類老機(jī)組設(shè)備改造和新機(jī)組設(shè)備選型的武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 第3頁(yè) 必然結(jié)果。（2）自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，無(wú)人值守逐漸成為變電站運(yùn)行管理的基本模式，變電站設(shè)備運(yùn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)以及電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)都對(duì)勵(lì)磁裝置提出了新的要求。（3）去

18、掉旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)而采用靜止勵(lì)磁方式，已經(jīng)成為同步電機(jī)勵(lì)磁方式的主流。許多相關(guān)技術(shù)如干式勵(lì)磁變壓器、非線性電阻、熱管散熱技術(shù)等被大量采用。（4）大型機(jī)組因可靠性、控制特性的高標(biāo)準(zhǔn)而要求勵(lì)磁裝置的進(jìn)步明顯加快，這一領(lǐng)域基本都是高端產(chǎn)品的天下。該類產(chǎn)品側(cè)重于性能和可靠性，對(duì)產(chǎn)品價(jià)格不做重點(diǎn)考慮。（5）目前10萬(wàn)kW 以上機(jī)組的成套設(shè)備包括勵(lì)磁在內(nèi)，絕大部分是購(gòu)買外國(guó)產(chǎn)品。這一產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，在國(guó)內(nèi)以主機(jī)制造廠為主。從勵(lì)磁技術(shù)看，國(guó)內(nèi)有實(shí)力的廠家都能制造，主要是缺乏經(jīng)驗(yàn)和機(jī)會(huì)。（6）中小型電站占絕大多數(shù)，從現(xiàn)在的市場(chǎng)情況看，這一領(lǐng)域主要是國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁裝置的天下。老機(jī)組改造任務(wù)與新建項(xiàng)目各占一半。這部分產(chǎn)品要求的特

19、點(diǎn)是，具備各項(xiàng)基本功能、運(yùn)行可靠、調(diào)試容易、價(jià)格低廉、維護(hù)方便。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外勵(lì)磁技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)的觀察和描述，有理由相信在同步電機(jī)的運(yùn)行中采用無(wú)刷勵(lì)磁技術(shù)是今后該行業(yè)發(fā)展的主要方向。1.3 本課題研究的主要目的、需要解決的主要問(wèn)題以及主要研究?jī)?nèi)容本課題研究的主要目的，就是將模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，充分利用二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特點(diǎn)，根據(jù)電磁理論的分析和計(jì)算，以國(guó)內(nèi)外先進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)為參照，設(shè)計(jì)出符合各項(xiàng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具有高可靠性、高精度的魯棒性較好的無(wú)刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)。大型電機(jī)的無(wú)刷化是電機(jī)發(fā)展的重要方向之一。無(wú)刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)最核心、最關(guān)鍵的組成部分，也是最有發(fā)展前途的部分是其無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)?，F(xiàn)

20、階段，我國(guó)勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)還不能滿足電機(jī)的安全運(yùn)行要求。勵(lì)磁系統(tǒng)故障相當(dāng)頻繁，占電機(jī)故障的一半以上，勵(lì)磁系統(tǒng)故障仍是電機(jī)故障停機(jī)和非計(jì)劃停運(yùn)的主要原因。提高勵(lì)磁系統(tǒng)可靠性仍是運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的迫切要求，而勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置是其重要的組成部分，其可靠性的好壞直接關(guān)系到勵(lì)磁控制系統(tǒng)的可靠性。近年來(lái)，隨著微電子制造技術(shù)的突飛猛進(jìn)，計(jì)算機(jī)和控制理論的長(zhǎng)足進(jìn)步，計(jì)算機(jī)用于自動(dòng)化控制取得了很好的效果。目前，大多數(shù)同步電動(dòng)機(jī)都采用異步啟動(dòng)的方法，即先使同步電動(dòng)機(jī)在異步轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，待轉(zhuǎn)速上升到亞同步轉(zhuǎn)速時(shí)，再給勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，使轉(zhuǎn)子建立磁場(chǎng)，依靠定子、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)子牽入同步

21、。因此，同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的性能將直接影響到同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。勵(lì)磁系統(tǒng)的控制要求如下9：第4頁(yè) 武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文（1）對(duì)無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，能自動(dòng)檢測(cè)轉(zhuǎn)子滑差，并能實(shí)現(xiàn)順極性自動(dòng)投勵(lì)。（2）動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，勵(lì)磁電流能夠及時(shí)跟隨負(fù)載變化。（3）要有較強(qiáng)的負(fù)載能力，即要求勵(lì)磁系統(tǒng)容量足夠大，特別是在承受沖擊性負(fù)荷時(shí)電機(jī)應(yīng)不失步。（4）具有阻容滅磁、零勵(lì)磁保護(hù)及失步保護(hù)等功能，同時(shí)對(duì)于電機(jī)和勵(lì)磁裝置要有完善的電氣保護(hù)功能。（5）通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)所計(jì)算的結(jié)果給予驗(yàn)證。文章詳細(xì)介紹了無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的原理及特殊性、分類、控制方式及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)

22、分析了基于S7-300PLC 和PROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，利用先進(jìn)的西門子6RA70整流器實(shí)現(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的智能控制。并將模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，充分利用二者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)特點(diǎn)，由PID 調(diào)節(jié)器的無(wú)差控制作用，輸出西門子6RA70整流器電流的給定值。武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 第5頁(yè)第二章 同步電動(dòng)機(jī)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的概述與分析2.1 同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)同步電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示： 圖2.1 同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，同步發(fā)電機(jī)和其它類型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子由定子鐵心、定子繞組組成。定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的

23、三相對(duì)稱交流繞組，圖中為對(duì)稱三相繞組AX ，BY ，CZ ；A ，B ，C 為始端，X ，Y ，Z 為末端。這種同步電機(jī)的定子又稱為電樞，定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。定子繞組有兩種聯(lián)接電源的方法：星型聯(lián)接和三角形聯(lián)接。星型聯(lián)接時(shí)，三個(gè)末端在一起，三個(gè)始端接三相電源；三角形聯(lián)接時(shí)，始末端相連，聯(lián)成閉合的三角形，三個(gè)聯(lián)接端接三相電源。定子繞組通以三相交流電后，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對(duì)磁極，磁極上繞有勵(lì)磁繞組。轉(zhuǎn)子繞組為兩相，通以直流勵(lì)磁電流時(shí)，將會(huì)在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場(chǎng)，稱為勵(lì)磁磁場(chǎng)(也稱主磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng) ，此時(shí)，

24、可將轉(zhuǎn)子等效為一塊磁鐵。氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對(duì)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響。同步電機(jī)主要有以下特點(diǎn)：（1）同步電機(jī)的功率因數(shù)是可以超前的，這有利于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性較高。（2）同步電機(jī)的過(guò)載能力更強(qiáng)。異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與定子端電壓的平方成正比，而同步電機(jī)在勵(lì)磁電流一定的情況下，轉(zhuǎn)矩與端電壓的一次方成正比，因此，同步電機(jī)在電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩變化相比異步電機(jī)較小。另外，當(dāng)電網(wǎng)電壓突然下降到額定值的80%或85%時(shí)，第6頁(yè) 武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)一般能通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)行強(qiáng)勵(lì)來(lái)保證同步電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。（3）同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速不隨負(fù)

25、載變化。只要定子電源頻率一定，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速是于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步的。負(fù)載的變動(dòng)只改變同步電機(jī)的功率因數(shù)角。功率因數(shù)超過(guò)極限時(shí)，同步電機(jī)就會(huì)失步。（4）同步電機(jī)的功率因數(shù)高，其運(yùn)行效率較高。因?yàn)橥诫妱?dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，使用大型同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)使小型同步電動(dòng)機(jī)開(kāi)始得到較多地應(yīng)用。 同步電機(jī)還可以作為電網(wǎng)的同步補(bǔ)償機(jī)，這時(shí)電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無(wú)功功率，以達(dá)到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。目前，同步電機(jī)主要有以下幾種應(yīng)用形式：（1）常規(guī)的有刷和無(wú)刷勵(lì)磁型同步電機(jī)，如電排站水泵、空氣壓

26、縮機(jī)等，這類最為常見(jiàn)。（2）采用變頻技術(shù)的同步電機(jī)。這類主要應(yīng)用于大型工礦企業(yè)的大容量機(jī)組中，如鋼廠的軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、抽水儲(chǔ)能泵站的發(fā)電、電動(dòng)機(jī)組等。2.2 同步電動(dòng)機(jī)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的概述與分析勵(lì)磁系統(tǒng)是用來(lái)給同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁。勵(lì)磁系統(tǒng)性能的好壞直接影響到電機(jī)及電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁裝置主要有三個(gè)方面的作用，一是完成同步機(jī)的異步啟動(dòng)并牽人同步運(yùn)行；二是在牽入同步以后勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)控制；三是監(jiān)控系統(tǒng)故障，確保同步機(jī)安全運(yùn)行。在異步啟動(dòng)的過(guò)程中，勵(lì)磁裝置保證啟動(dòng)回路具有良好的異步驅(qū)動(dòng)特性，避免異步啟動(dòng)過(guò)程中所存在的脈振現(xiàn)象，滿足帶載起動(dòng)及再整步要求。達(dá)到亞同步速時(shí)，準(zhǔn)角

27、度投勵(lì)，勵(lì)磁繞組產(chǎn)生同步力矩，使電機(jī)盡早進(jìn)入同步。同步電機(jī)在正常運(yùn)行過(guò)程中，不可避免地會(huì)受到各種各樣的擾動(dòng)，就會(huì)引起電機(jī)失步，造成生產(chǎn)中斷和設(shè)備損壞的嚴(yán)重事故。勵(lì)磁裝置能檢測(cè)，同步機(jī)的失步，識(shí)別后判斷是報(bào)警還是再整步運(yùn)行，既保障設(shè)備的安全性，又保持運(yùn)行連續(xù)性。同樣，勵(lì)磁裝置在正常運(yùn)行過(guò)程中，自身也會(huì)受到各種干擾，造成可控整流器缺相或失控、滅磁晶閘管誤導(dǎo)通、熔斷器故障、勵(lì)磁電流超限等故障。當(dāng)出現(xiàn)上述故障，勵(lì)磁裝置識(shí)別后報(bào)警或跳閘，以保證勵(lì)磁裝置的安全運(yùn)行。同步電動(dòng)機(jī)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，主要包括以下幾個(gè)部分：武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 第7頁(yè)機(jī)架主電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器交流勵(lì)磁機(jī) 圖2.2

28、同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)示意圖（1）靜態(tài)勵(lì)磁裝置由于電子元件的發(fā)展，現(xiàn)在的無(wú)刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)采用可控硅靜止勵(lì)磁裝置向交流勵(lì)磁機(jī)定子勵(lì)磁繞組提供直流電。（2）交流勵(lì)磁機(jī)一般采用旋轉(zhuǎn)電樞式同步電動(dòng)機(jī)，其功率、電壓及功率因數(shù)取決于電動(dòng)機(jī)的最大勵(lì)磁電流及其相應(yīng)的勵(lì)磁電壓（強(qiáng)勵(lì)要求）和整流回路的接線方式。而頻率可任意選擇，頻率越高，時(shí)間常數(shù)越小，反應(yīng)快速性好。但頻率決定于轉(zhuǎn)速、極數(shù)和電動(dòng)機(jī)使用特性的要求。交流勵(lì)磁機(jī)的磁場(chǎng)激磁可由外電源供給，但在眾多的大中型無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)中為了提高運(yùn)行的可靠性，不受外電源的影響往往由靜態(tài)勵(lì)磁裝置供給。（3）旋轉(zhuǎn)整流器旋轉(zhuǎn)整流器系指由硅整流元件連同散熱器，有時(shí)還包括相應(yīng)的整流橋。多數(shù)

29、采用三相全波整流橋。半波整流橋除了輸出脈動(dòng)分量大以外，并有直流分量通過(guò)交流勵(lì)磁機(jī)電樞而加大了交流勵(lì)磁機(jī)的容量。兩者各有其特點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)整流器是無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)中最重要的部分，必須保證其工作在正常狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)整流器如遇過(guò)電壓、過(guò)電流及其它非正常情況，雖然能得機(jī)組保護(hù)裝置的保護(hù)（保護(hù)動(dòng)作只有在事故發(fā)生后才能動(dòng)作），但功率二極管仍可能遭到損壞。如果旋轉(zhuǎn)整流器二極管損壞就應(yīng)立即報(bào)警，尤其是一管短路故障危害更為嚴(yán)重，必須立即根除。但是由子取消了滑環(huán)和炭刷，旋轉(zhuǎn)整流器的電壓、電流不可能直接測(cè)量，使其監(jiān)視與保護(hù)十分困難。（4）滅磁電阻同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)動(dòng)時(shí)如同感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)時(shí)如果轉(zhuǎn)子開(kāi)路將在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出極高的電壓，一般

30、可達(dá)幾千伏，因此起動(dòng)時(shí)在激磁繞組上并聯(lián)一滅磁電阻，其阻值一般為5-10倍的激磁繞組電阻。在電動(dòng)機(jī)失步時(shí)此電阻起到保護(hù)旋轉(zhuǎn)整流器免受過(guò)電壓。第8頁(yè) 武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文2.3 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)無(wú)刷勵(lì)磁的原理圖如圖2.3所示10。交流勵(lì)磁機(jī)為異步發(fā)電機(jī)，其定子由靜態(tài)勵(lì)磁裝置供電，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組與同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸。為保證同步電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行時(shí)有足夠的勵(lì)磁裕量，可令勵(lì)磁機(jī)定子電壓的相序始終與同步電動(dòng)機(jī)的相序保持相反。 圖2.3 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的原理圖與主軸一起旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)出三相交流電，該三相交流電經(jīng)整流橋整流后供給同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生勵(lì)磁電流。調(diào)節(jié)交流發(fā)電機(jī)定子的勵(lì)磁電

31、流，就可使勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子所發(fā)出的三相交流電壓得到調(diào)整，從而改變同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流。這種由勵(lì)磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電，整流器在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行整流供給同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁的方式，就不再需要有靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間的相互接觸導(dǎo)電，完全省去了電刷和滑環(huán)的接觸。即為無(wú)刷勵(lì)磁。無(wú)刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)與有刷勵(lì)磁同步電機(jī)相比，具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：（1）消除了由電刷與滑環(huán)引起的故障，延長(zhǎng)了同步電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，增加了電機(jī)的安全性。（2）在系統(tǒng)電壓波動(dòng)時(shí)，比外置可控硅勵(lì)磁裝置具有較高的穩(wěn)定性。（3）交流勵(lì)磁機(jī)安裝在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上，總占地面積可以減少。（4）取消外部勵(lì)磁設(shè)備，無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)同籠型電機(jī)一樣，只需簡(jiǎn)單的控

32、制。2.4 同步電動(dòng)機(jī)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的分析KGLF 勵(lì)磁裝置的投勵(lì)電路如圖2.4所示11，該裝置的投勵(lì)是通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)的頻率實(shí)現(xiàn)的。武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 第9頁(yè) 圖2.4 勵(lì)磁裝置的投勵(lì)電路圖三極管18BG1在線路中起開(kāi)關(guān)作用，其工作狀態(tài)由基極回路的同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)極性決定。當(dāng)三極管截止時(shí)，18C2經(jīng)18R5充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到單結(jié)晶體管18BG2的峰點(diǎn)電壓，18C2即放電，脈沖變壓器的負(fù)邊就發(fā)出脈沖。當(dāng)三極管飽和時(shí)，18C2因被18R4旁路而無(wú)法充電，18BG2不會(huì)導(dǎo)通，因此無(wú)脈沖發(fā)出。啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)頻率較高，三級(jí)管T 的開(kāi)關(guān)速度較高，18C2充電電流一定，當(dāng)充電電

33、壓還沒(méi)達(dá)到單結(jié)晶體管18BG2的峰點(diǎn)電壓時(shí)，三極管18BG1開(kāi)通，18C2開(kāi)始放電。只有當(dāng)同步機(jī)加速到亞同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子頻率f 2=2.5Hz時(shí)（時(shí)間為0.02s ），且當(dāng)G1極性為正、G2極性為負(fù)(順極性 ，18C2才有足夠的充電時(shí)間，充電電壓達(dá)到電壓?jiǎn)谓Y(jié)晶體管18BG2的峰點(diǎn)電壓，18C2放電而發(fā)出脈沖?？梢?jiàn)，該電路投勵(lì)時(shí)間由18R5, 18C2充電時(shí)間常數(shù)決定。18C2充電時(shí)間的整定，關(guān)系到投勵(lì)插件在同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為多少時(shí)才發(fā)出投勵(lì)信號(hào)脈沖。缺點(diǎn)是：此類投勵(lì)線路通常采用三極管、電容器和單結(jié)晶體管配合方式實(shí)現(xiàn)，由于模擬線路元件受溫度變化和電源波動(dòng)的影響大，易老化，參數(shù)整定困難，可靠性差，故障

34、率很高。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和半導(dǎo)體電力器件可靠性的提高，以模擬量控制、PID 調(diào)節(jié)器為控制單元，采用分立元件、集成移相、觸發(fā)器觸發(fā)的無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)得到了發(fā)展。該勵(lì)磁裝置的投勵(lì)電路圖如圖2.5所示12。第10頁(yè) 武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 A B C 圖2.5 勵(lì)磁裝置投勵(lì)電路圖啟動(dòng)投勵(lì)控制器是該勵(lì)磁裝置的關(guān)鍵部件，它是實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)、自動(dòng)投勵(lì)、自動(dòng)滅磁及快速失步保護(hù)的協(xié)調(diào)控制樞紐。由頻率檢測(cè)集成電路（U ）及各種電子元器件組成。圖中旋轉(zhuǎn)整流器由硅整流器（D1-D6）、散熱器（盤(pán)）、滑差檢測(cè)滅磁保護(hù)和投勵(lì)控制單元（VC7-U ）、滅磁保護(hù)和投勵(lì)磁控制的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、滅磁電阻R7、R8等組成。

35、硅整流器采用三相全橋整流電路，并用旋轉(zhuǎn)大功率晶閘管VC7作同步無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。VC7把旋轉(zhuǎn)整流器與勵(lì)磁繞組隔開(kāi)，控制旋轉(zhuǎn)整流器與勵(lì)磁繞組之間的阻斷或?qū)?，并由滑差檢測(cè)投勵(lì)控制單元自動(dòng)控制晶閘管VC7的投勵(lì)時(shí)刻，達(dá)到最佳相位自動(dòng)投勵(lì)。滑差檢測(cè)的滅磁保護(hù)和投勵(lì)單元具有異步起動(dòng)的滅磁保護(hù)和最佳相位自動(dòng)投勵(lì)控制功能，同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中，同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生失步狀態(tài)時(shí)，具有失步再整步的功能. 無(wú)刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)在異步起動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組所感應(yīng)的滑差頻率為50Hz 。由于勵(lì)磁主回路所串聯(lián)的旋轉(zhuǎn)大功率管VC7把旋轉(zhuǎn)整流器與勵(lì)磁繞組隔斷，勵(lì)磁繞組處于開(kāi)路狀態(tài)。其感應(yīng)電壓可達(dá)數(shù)千伏，將超過(guò)整流元件正向轉(zhuǎn)折電壓，造成元件正

36、向穿通或反向擊穿而使勵(lì)磁繞組絕緣破壞。因此，在起動(dòng)時(shí)必須在勵(lì)磁繞組兩端并聯(lián)滅磁保護(hù)電阻R7、R8，其值約為勵(lì)磁繞組電阻的10倍。同時(shí)在滅磁保護(hù)電阻R7、R8的并聯(lián)電路再串聯(lián)一旋轉(zhuǎn)大功率管VC8（負(fù)極性）和晶閘管VC9、VC10（正極性）作異步無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。組成滅磁保護(hù)主控制電路。滅磁保護(hù)單元在異步起動(dòng)瞬間，勵(lì)磁繞組兩端X1、X2所感應(yīng)的電壓，當(dāng)正半波電流時(shí)，X1為負(fù)，X2為正，硅二極管VC8導(dǎo)通并接通滅磁電阻R7、R8，在負(fù)半波電流時(shí)，X1為正，X2為負(fù)，VC8阻斷。同時(shí)，晶閘管VC9、VC10承受正向電壓被觸發(fā)導(dǎo)通（因?yàn)闇绱疟Ｗo(hù)單元的穩(wěn)壓二極管觸發(fā)電路中的穩(wěn)壓管V1、V4上的電壓超過(guò)穩(wěn)定電壓，

37、穩(wěn)壓管立即反向擊穿而導(dǎo)通產(chǎn)生脈沖觸發(fā)電流觸發(fā)晶閘管VC9、 VC10）。穩(wěn)壓二極管V3、V6是為了防止晶體管VC9、VC10的控制極產(chǎn)生過(guò)電壓的保護(hù)。隨著異步加速，勵(lì)磁繞組感應(yīng)的滑差頻率逐漸降低，當(dāng)滑差頻率為額定頻率的10%時(shí)，武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 第11頁(yè)勵(lì)磁主回路的滅磁保護(hù)單元的晶閘管VC9、VC10由于感應(yīng)的交變電壓過(guò)零為負(fù)半波電流時(shí)，而自動(dòng)關(guān)斷，VC9、VC10雖承受正向電壓，但仍處于阻斷狀態(tài)。勵(lì)磁系統(tǒng)由滅磁保護(hù)階段進(jìn)入最佳投勵(lì)階段。當(dāng)滑差頻率減小到S=0.05 時(shí)，將于轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流由負(fù)變正過(guò)零后，由檢測(cè)滑差電流相角的電流過(guò)零檢測(cè)單元產(chǎn)生一個(gè)出發(fā)脈沖，觸發(fā)導(dǎo)通主回路投勵(lì)開(kāi)關(guān)(晶閘

38、管 ，對(duì)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行勵(lì)磁，使同步電動(dòng)機(jī)順極性牽入同步運(yùn)行。缺點(diǎn)是:此類電路仍然依賴于晶閘管、二極管等模擬元件，其壽命和可靠性取決于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、材料以及制造工藝，工作性能不是很理想，電路故障率為一般。隨著微機(jī)技術(shù)水平的不斷提高和工程自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，WKLF-41微機(jī)無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的技術(shù)要求，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，工作可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，在新建和改造工程中日益得到廣泛應(yīng)用。WKLF 41微機(jī)無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的投勵(lì)電路如圖2.4所示13。該裝置由主回路和控制回路組成。主回路包括三相半控橋式整流電路和起動(dòng)回路。起動(dòng)回路由起動(dòng)可控硅、二極管及起動(dòng)電阻組成?？刂苹芈?/p>

39、由主控模塊和電源模塊組成，電機(jī)起動(dòng)后，電源模塊為主控模塊提供穩(wěn)定的工作電源。主控模塊由單片機(jī)軟件編程完成。 C B 電機(jī)轉(zhuǎn)子圖2.6 勵(lì)磁裝置的投勵(lì)電路1 旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁工作原理WKLF-41旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)主回路包括三相半控橋式整流電路和起動(dòng)回路。整流電路由三只ZL 型旋轉(zhuǎn)整流功率模塊組成，它有三種工作狀況：在電機(jī)起動(dòng)及再整步異步驅(qū)動(dòng)時(shí)為截止工況，在投勵(lì)后轉(zhuǎn)為整流工況，相當(dāng)于三相橋式整流電路，在起動(dòng)回路誤開(kāi)通時(shí)短時(shí)工作于失控工況以關(guān)斷起動(dòng)回路。三種工況在ZK41旋轉(zhuǎn)主控制模塊的控制下自動(dòng)切換。起動(dòng)回路由一只QD 型旋轉(zhuǎn)功率模塊和八只QM 型旋轉(zhuǎn)起動(dòng)滅磁電阻組成，受控于ZK41第12頁(yè) 武漢科技大學(xué) 碩

40、士學(xué)位論文 旋轉(zhuǎn)主控制模塊，在電機(jī)起動(dòng)和再整步異步驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，QD 模塊的可控硅導(dǎo)通閥值為低定值，便于QM 起動(dòng)電阻完全接入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路，在電機(jī)正常運(yùn)行中，QD 模塊的可控硅導(dǎo)通閥值被設(shè)定為高定值，使QM 電阻退出回路而避免長(zhǎng)時(shí)間帶電發(fā)熱，當(dāng)轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)過(guò)電壓且峰值超過(guò)QD 模塊可控硅的高定值時(shí)，起動(dòng)回路將重新接入電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，通過(guò)QM 電阻器吸收過(guò)電壓。在起動(dòng)回路出現(xiàn)誤開(kāi)通時(shí)，ZK41模塊的檢測(cè)環(huán)節(jié)動(dòng)作，通過(guò)控制邏輯使整流電路工作于失控工況，利用其續(xù)流時(shí)刻將起動(dòng)可控硅關(guān)斷?？刂苹芈酚蒢K41旋轉(zhuǎn)主控制模塊、DY12S 旋轉(zhuǎn)電源模塊組成。ZK41模塊控制三相半控橋式整流電路的工作狀況。同時(shí)設(shè)

41、有滑差投勵(lì)和零壓計(jì)時(shí)投勵(lì)檢測(cè)環(huán)節(jié)。在電機(jī)起動(dòng)和再整步過(guò)程中把握最恰當(dāng)時(shí)機(jī)投勵(lì)。DY12S 模塊為ZK41模塊提供穩(wěn)定的工作電源。2 控制原理為了提高同步電機(jī)及機(jī)組的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，減少電機(jī)由于電網(wǎng)或負(fù)載等突然波動(dòng)而導(dǎo)致電機(jī)失步的機(jī)率，確保工藝生產(chǎn)的連續(xù)性與穩(wěn)定性，在WKLF-41型靜態(tài)勵(lì)磁裝置如圖2.7中13，引入了勵(lì)磁電流負(fù)反饋與定子功率因數(shù)負(fù)反饋相結(jié)合的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。從而使整機(jī)的性能指標(biāo)大大提高，具體表現(xiàn)在：（1）供給勵(lì)磁系統(tǒng)的低壓380V 電源發(fā)生波動(dòng)時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)環(huán)（電流環(huán)）能迅速作出反應(yīng)，使勵(lì)磁電流基本保持恒定。（2）同步電機(jī)定子供電電源和負(fù)載發(fā)生波動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的外環(huán)（功率因數(shù)環(huán)）

42、迅速作出反應(yīng)，自動(dòng)加大或減小勵(lì)磁電流，在一定的范圍內(nèi)（電機(jī)不長(zhǎng)時(shí)間超額運(yùn)行）保持同步電機(jī)功率因數(shù)的恒定。 圖2.7 靜態(tài)勵(lì)磁原理圖在裝置的主機(jī)箱面板上，設(shè)有開(kāi)/閉環(huán)控制鈕，當(dāng)旋轉(zhuǎn)鈕置于開(kāi)環(huán)位置時(shí)，外環(huán)退出運(yùn)行，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為恒勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)，當(dāng)旋鈕置于閉環(huán)位置時(shí)，功率因數(shù)環(huán)和電流環(huán)同時(shí)投入，只是在某些故障狀態(tài)時(shí)（如PT 回路斷線）功率因數(shù)閉環(huán)自動(dòng)退出運(yùn)行。在開(kāi)、閉環(huán)狀態(tài)下，控制方法不同?？刂茍D如圖2.8、2.9所示：武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 第13頁(yè) 圖2.8 開(kāi)環(huán)運(yùn)行示意圖 圖2.9 功率因數(shù)閉環(huán)運(yùn)行示意圖以上均為全數(shù)字式閉環(huán)調(diào)節(jié)，并引入了比例積分（PI ）和比例積分微分（PID ）調(diào)節(jié)器，使

43、系統(tǒng)在保持良好的穩(wěn)定性的同時(shí)，具有較好的動(dòng)態(tài)性能。PI 、PID 調(diào)節(jié)器的參數(shù)除可理論計(jì)算外，還可通過(guò)勵(lì)磁裝置的輔件加長(zhǎng)一讀寫(xiě)控制器進(jìn)行在線修改，調(diào)試十分簡(jiǎn)便。為了實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)勵(lì)磁調(diào)節(jié)，需要可控硅整流主回路，觸發(fā)脈沖形成及放大電路，單片機(jī)及其外圍電路，信號(hào)測(cè)取電路等硬件的支撐，同時(shí)還需要合理配置保護(hù)類軟件、測(cè)量運(yùn)算類軟件、控制類軟件等軟件程序。本裝置主要特點(diǎn)表現(xiàn)在:1、具有勵(lì)磁電流負(fù)反饋與定子功率因數(shù)負(fù)反饋相結(jié)合的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)回路，使勵(lì)磁電流及同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)基本保持恒定，其工作均用微機(jī)軟件完成。2、裝置起動(dòng)無(wú)脈振、投勵(lì)無(wú)沖擊，能迅速準(zhǔn)確捕捉到滑差，準(zhǔn)確投勵(lì)。 3、設(shè)有零壓計(jì)時(shí)投勵(lì)，作為后備投勵(lì)

44、。4、整機(jī)智能化微機(jī)控制，具有測(cè)量保護(hù)及事故預(yù)告及音響等多種報(bào)警信號(hào)，中文界面操作、顯示，操作維護(hù)方便。5、本裝置具有兩套微機(jī)控制系統(tǒng)，一套工作，一套熱備用，具有高可靠性。 6、該裝置以數(shù)字電路為基礎(chǔ)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)和控制采用微機(jī)處理器，消除了模擬電位器調(diào)整的煩瑣和由于溫度變化帶來(lái)的勵(lì)磁漂移。大部分功能軟件化，減少了硬件品種和數(shù)量。7、結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)。功能的增減可方便地通過(guò)修改軟件而實(shí)現(xiàn)。8、勵(lì)磁電流由霍爾元件、定子電壓電流分別由小PT 、小CT 隔離，輸入輸出開(kāi)關(guān)量均通過(guò)繼電器、光藕隔離，提高了裝置的抗干擾能力。9、裝置工作電源采用交直流同時(shí)供電，兩套獨(dú)立電源，任意單套電源故障都不會(huì)導(dǎo)致跳閘停機(jī)。

45、10、智能化的故障檢測(cè)、定位及顯示. 裝置對(duì)電源故障、硬件故障及軟件故障具有自動(dòng)第14頁(yè) 武漢科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 檢測(cè)功能，軟件故障可自行恢復(fù)。故障信息顯示在主機(jī)箱面板上，并可通過(guò)讀寫(xiě)器讀出如同步信號(hào)、PT 、CT 、A/O、CPU 、RAM 、ROM 等詳細(xì)故障信息。故障插件可在線更換。該裝置的無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)是在20世紀(jì)90年代后，以單片機(jī)為代表的全數(shù)字化技術(shù)逐漸成為主流的背景下產(chǎn)生的設(shè)計(jì)方案，其故障率較低。近年來(lái)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，許多高端用戶開(kāi)始對(duì)設(shè)備的通信能力提出了很多新的技術(shù)要求。如大型企業(yè)的企業(yè)資源計(jì)劃(ERP管理需要對(duì)勵(lì)磁裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集和為提高控制可靠性而要求的冗余設(shè)計(jì)等，都需要通信技術(shù)的支持。因此，基于PLC ，結(jié)合現(xiàn)代控制理論的無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的智能化控制便應(yīng)運(yùn)而生，得到了非常廣泛的應(yīng)用，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的利潤(rùn)。這一典型設(shè)計(jì)方案將在后面的章節(jié)給予詳細(xì)的介紹與分析。 2.5 本章小節(jié)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)誕生以來(lái)，有許多設(shè)計(jì)方案，本章僅根據(jù)其投勵(lì)電路所采取的控制和 觸發(fā)方式進(jìn)行了分類說(shuō)明，對(duì)各